分布式能源系统

分布式能源系统（精选12篇）

分布式能源系统 第1篇

1 概述

“分布式能源系统”是一种靠近用户并集中集成设置的整体协调及满足各用户对冷量、热量、电力等能量需求的能源总体供应系统,分布式能源系统能源利用率高、可实现能量梯级利用。

系统高效利用就地能源站发电产生的废能(废气、废热以及余压差)生产热和电,实现能源二次利用。分布式能源系统形式比较多样,既有柴油、天然气、生物质燃料、沼气的冷、热、电联合供应系统,也利用有太阳能、小型风力发电机组等的多能源互补型能源供应系统。本文主要关注的是燃天然气楼宇分布式能源系统的的研究。

2 系统特点

天然气楼宇分布式能源系统实现了能源梯级利用和能源利用程度最大化;具有安全性好、清洁环保、削峰填谷、经济性好、能效高等优点(图1)。

天然气分布式能源系统中天然气燃烧的排放物污染少,其烟气中的烟尘、二氧化硫的含量甚微,一般可忽略不计,能源站噪声可控,对外环境负效应小。与已有常规供能方式比较,分布式能源系统能追踪负荷实时变化,较好的解决防止局部事故扩散问题,还能够梯级利用能源;与传统集中式供能方式相比,对不同用户,做到温度对口、梯级利用,低品位热能也被充分利用,提高能源利用率。天然气分布式能源系统具有环保、节能、减排等优点。

分布式能源系统可实现自备电源,减少电网压力,是电力的好帮手,其建成可提高当地自发电比重,增强地区发供电能力,增强电力应急突发事件的能力。

3 系统流程

该典型流程是内燃机驱动系统发电、供热,燃料和空气在气缸内混合、压缩后点火,进而发生爆燃,推动活塞带动连杆和曲轴驱动发电机来发电。内燃机燃烧后产生烟气和缸套水两种余热(图2)。

具体工艺:天然气进入内燃机燃烧室燃烧发电,排出烟气和缸套水用于余热锅炉产生蒸汽,再通过蒸汽来蒸汽吸收式冷、热水机组制备产品[1]。内燃机尾气回收产生蒸汽,利用蒸汽供应吸收式制冷、采暖和热水需求,不足部分均由蒸汽锅炉补足。

该类型的系统流程在楼宇式天然气分布式能源系统中比较常见[2],系统的各项产出较适合其负荷分布。

4 系统优化重点及难点

天然气楼宇分布式能源系统的燃气利用效率较高,系统中主机匹配及选型可依据项目不同情况,方案各异,各个能源站运行效率、供热可靠性、经济效益影响也各不相同(图3)。针对不同地区负荷分布和变化的特点,需确定不同的机组方案,最终实现最优的能源利用效率、和系统?损的最小化。但仍存在诸多难点:

(1)负荷分析不够全面、准确、细致;

(2)过渡季,利用不充分;

(3)缺乏权威的评价标准、经济市场效益难以显现;

(4)需进一步加强稳固天然气供应机制;

(5)分布式能源站的并网、余电问题;

(6)楼宇式分布供能系统难以实现蓄能调峰功效;

(7)效益影响敏感因素多,项目难实现盈利。

系统冷、热、电总负荷确定后,如何选定设备型号和规格也将是系统设计时着重需考虑的主要问题,过渡季及夏冬季不同运行模式下设备的开启与负荷的匹配性,如何保证设备在满足负荷要求的前提下,实现最大化的负荷运行,和最少的设备投入。

5 模型建立

天然气楼宇分布式系统是以天然气为燃料,以楼宇为单位,在用户侧就近实现供冷、供热、供电的能源供应形式。但由于其负荷环境变化和可选设备机型变化而呈现复杂多样性,各独立系统之间差异较大,个别系统很难对其各项指标的合理性进行验证。这里我们分别以能量守恒和平衡分析法对系统建立模型,进行分析。通过系统能流图、流图简单呈现系统能量输入、和输出量的关系,推算不同配型系统前后的产能能力、产能效率、产率等相关分析指标。

依据能流模型,能量通过天然气的形式进入系统,通过发电机组发电后,产生一部分电力,供给用户,烟气(或缸套水)中的余热被再次利用,通过吸收式制冷机制冷给用户供冷,再通过换热器换热供给用户采暖及生活热水。

由此分布式能源系统的能量利用效率为:

本文所建立的分析模型能推算推算不同配型系统前后的产能能力、产能效率、产率等相关指标,该模型属于过程分析法,通过模型的建立和验算[3],进而来验证和判明各指标的合理性和科学、可用性,及不同分析方法的适用性和优缺点。通过分析得出结论,对以后工程应用中的系统设计起到一定的指导作用(图4)。

热力学第二定律反应的是能量做功能力的差别,也能体现出热力过程的方向性和能质退化和贬值的规律。揭示出能量转换过程中不可逆损失的存在。系统?流计算:

系统效率:

项目的经济性分析是通过财务效益和费用预测,编制报表,计算指标,进而判别财务偿债、盈利能力和生存能力,在现行的会计制度及法规体制下,来判断项目的可行性,明确项目对投资者的贡献价值(图5)。

财务内部收益率:

式中:“FIRR”为财务内部收益率。

投资回收期:P't=(累计净现金流量现值出现正值的年数-1)+(上一年累计净现金流量现值的绝对值/出现正值年份净现金流量的现值)

财务净现值(FNPV):

6 模型计算

依据系统的工艺流程及特点,对其动力子系统(供电)、供热子系统(供热)、制冷子系统(制冷)分别进行了能量流分析和验算及流计算和分析(表1-3)。

以上方案中采用燃气内燃机机组配套辅助设备给系统供电、供冷及供热,系统产生的电量、热量及冷量与建筑的能量需求相匹配,能量利用效率及系统效率均较高。系统也实现了供电、供能过程中的能量梯级利用,系统与建筑项目的需求匹配性良好。方案热电比为1.12,选配的方案系统技术合理性及经济可行性均优。

7 结束语

在能源危机和环境污染日趋严重的前提下,天然气楼宇分布式能源系统可实现能源的清洁和充分利用,是未来可持续发展道路的必须选择。

本文从能量价值充分利用的角度出发,首先,对分布式能源系统的概念、系统特征、天然气楼宇分布式能源系统的发展和研究现状进行了详尽的论述。并在研读前人对此课题研究的文献及相关规范的前提下,提出了天然气楼宇分布式能源系统优化的难点和关键点所在,沿用当前系统评价的重要指标:系统全年利用率、系统效率、投资回收期、财务内部收益率对系统进行方案比选和优化分析。

通过典型案例的详细演算、对比、分析,最终得出在天然气楼宇分布式能源系统设计时,系统选定、设备配型、经济分析等过程应遵循和关注的关键因素,即在用户冷、热、电负荷分布满足天然气楼宇分布式能源系统要求时,可尽量考虑设置该系统,以实现能源的梯级利用,提高了一次能源的利用率,做到能尽所用,能尽所值。系统效率比系统全年综合用能效率更能体现系统对能源的利用程度,综合利用效率高但效率低的系统,其技术合理性及经济性也可能很差,因系统并未实现能源的梯级利用,浪费过多。在系统设计和优化选配型时,应依据负荷特性选择流程,对其过程进行年综合用能效率和效率双重测算,还需进行项目经济性测算。使机组配置按需供给、适时匹配,达到冷热负荷平衡,实现效益最大化,避免高品位能滥用;使得各天然气楼宇分布式系统项目真正实现其节能环保的优越性。

本文着重对天然气楼宇分布式能源系统进行了选型优化分析及经济性敏感分析,重点关注系统的温度梯级利用。通过模型建立、实例演算,总结分析,最终得出结论。系统效率也是衡量系统优劣的主要评价指标,系统的售电价格是影响系统经济性的最为敏感的指标,系统设计和优化时应充分关注。从工程实践出发,为推动天然气楼宇分布式能源系统技术应用与发展提供理论与技术支持,说明未来发展该系统所应关注的关键点和面临的主要问题。

机组选型是按“温度对口、梯级利用”原则,配置各供能设备,按需供给、适时匹配,实现冷热负荷的平衡。据已定负荷综合考虑系统的经济性,做到“充分利用余热、充分发挥发电能力”。

政府是否制定与分布式能源项目相关的优惠政策,如电价补贴、并网上网支持、银行信贷优惠政策等都直接关系项目的设定模式和经济效益。国外电力系统曾出台支持发展分布式能源系统的政策措施(提供政府投资津贴、发电公司义务购买电量、国家提供优惠气价供给系统、免收备用容量和辅助服务费),其项目由配电方和工业用户联合投资,市场自由化政策均值得借鉴。目前在财政和金融方面,国家也没有出台相关支持政策,如价格补贴,接入系统,节约能源和投资优惠和其他优惠政策,尚需制定和完善行业技术标准以及并网运行管理体系。

摘要：介绍楼宇分布式能源系统特点,系统选配型时的注意事项,及如何实现单个系统分布式能源系统的梯级利用,及系统设计和选型时须着重注意的事项。

关键词：分布式能源系统,梯级利用,模型分析,效率,全年综合利用效率,财务内部收益率,净现值

参考文献

[1]张洪伟,黄素逸,等.有关溴化锂吸收式制冷系统的经济性分析及其在分布式能源系统中的应用[J].制冷与空调,2004(4):59-63.

[2]李壮.两种典型天然气分布式能源系统的应用研究[D].济南:山东建筑大学,2013.

分布式能源系统 第2篇

段海峰

所谓分布式能源，就是即发即用，不需要远距离输送的能源。分布式能源的主体可以是燃气、太阳能光伏、生物质能、风能，也可以是氢燃料电池、地热能、空气热能，甚至可以是煤炭、石油。大多数开发分布式能源的企业，都专注于某一个行业，比如燃气，或者太阳能光伏，因此在对目标客户进行分布式能源设计的时候，往往只根据自己企业的特点，给出单一的，专业化的方案，而无法因地制宜，综合各种因素，拿出最科学的综合解决方案。

分布式能源规划师，在了解国家、省市的能源产业政策的前提下，综合燃气、光伏、地热、风电等多方面的专业知识，将多种分布式能源主体有机地结合起来，设计出可以产业化的综合方案。

目前，分布式能源的推广遇到了很多问题，主要表现在：太阳能，能量密度低，间歇性，受气候影响，发电成本高；燃气，燃气轮机主要靠进口，维护费用高，燃气的供给也是问题；风能的分布式使用，受环境限制；氢燃料电池发电成本高；地热能受环境限制，初始投资较高；空气热能受环境限制；生物质能原料成本因素不可控，存在PM2.5污染问题，生物乙醇等成本较高。

很多时候，任何一个单独的项目，都不具备经济上的合理性，严重依赖补贴。

如果能够组合多种分布式能源主体，因地制宜，设计出一个综合方案，力求其经济上的合理性，必将大大推进分布式能源的发展。分布式能源规划师，因其具备综合掌握各种能源主体的基本知识，具有综合使用各种分布式能源的能力，在分布式能源利用方面，必将发挥举足轻重的作用。

分布式能源系统 第3篇

关键词：分布式能源匹配系统 节能减排 应用

中图分类号：TK019 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）12（a）-0057-01

在近10年来，热电联产事业在我们有良足的发展，在节能减排方面做出不少贡献，使得人们更深入思考分布式能源匹配。

1 能源资源在我国的现实现状

1.1 总量丰富，但结构不合理

我国资源总量丰富，种类繁多，但优质资源稀缺，分布不均，成为制约我国能源开发与使用的一大难题。石化能源贫乏，且分布结构不合理，人均占有率低下。经济发展加下的形式下，对资源需求量不断增加，尤其是人口众多、能源缺乏的东部地区，供需矛盾将进一步激化。

1.2 技术落后

开源节流是能源资源利用的一个重要举措。要更好地实现开源节流的作用，科学技术发挥着重要作用，尤其是能源开发技术、优化配置技术。但我国能源科技落后，各种资源的人均占有率与世界平均水平相比，大大落后。同时由于缺乏技术而造成的浪费情况严重，能源利用率低，能源转化比例低。

1.3 煤炭资源仍为我国的主要能量来源

煤炭是主要的一次性不可再生能源，直接燃煤，释放出大量的二氧化硫、二氧化碳，造成了大气严重污染，导致的环境问题日益突出，重金属污染越来越严重，节能减排，防污治污，保护环境势在必行。

2 分布式能源匹配系统

分布式能源匹配系统是指在用户端上有独立和并网运作两种方式的新型能源供应系统，把实现资源利用、环境经济利益最大化作为方式和容量的基础。其作用是统筹整合优化用户各种能源需要量、资源分配，并使用单元化配置和处理需要式设计，是一种较为集中地供应能源的分散式供能方式。

分布式能源匹配系统是一种成熟的能源利用技术和供应保障系统，实现低碳发展的渠道之一，同时也是一项具有发展前景的战略产业。分布式能源系统以热电冷联产为特点，均衡天然气在产业链的健康发展，向绿色生产的深度和广度前进，加速推进我国一次能源结构转型的步伐，符合国情，真正补充集中供能方式中的不足，为节能减排的工作贡献技术与基础设备。

我国试点发展分布式能源，优先选择能平稳供应天然气、承受电价承幅度大的地区发展，以示范性项目作为基础，企业与政府共同探索下，在产业模式大胆合作。同时，健全法律及实施细则，逐渐完善标准行业规范，积极研发技术，创造良好环境为分布式能源匹配发展提供设备，积极激励、支持为分布式能源系统匹配能提供运作、计划、设计、维修、建设等服务项目咨询和服务公司，培养具有国际竞争力的新兴产业。

3 运用分布式能源匹配系统实现节能减排

3.1 和其他部门共同合作，与供电机构协调运作

与电力有关机构合作是分布式能源发展的要点之一。根据科学用能的使用规则，分布式能源匹配系统应该要与大电网供电互补，协同发挥作用，增加用电的安全性和经济效益性。同时就分布式能源的市场效益和社会效益而言，分布式能源站与大电网结合使用同一电网，可以实现运作稳定安全及上网余容的目标，其节能减排的生态效果和社会经济收益将更加显著。在政府的协作与调控下，余容上网在广州大学城得到了实现，这个举措将使广州大学城的分布式能源匹配系统发挥经济效益和社会效益最大化。

3.2 进行政策鼓励与扶持

分布式能源匹配系统是高科技技术，同时也是集成度极高的节能环保产品，与一般的能源供应系统相比，分布式能源匹配系统的初始投资较大。但是没有得到政府补贴，而使用较为一般的技术如水源热泵却可以获得政府的补贴，且分布式能源的节能效果好于水源热泵，因此在一定程度上左右了用户选择使用分布式能源匹配系统的决心。政府应做好补贴工作，减消用户的疑虑，更好地推进分布式能源匹配系统的使用。

3.3 做好天然气的保障工作

天然气是一种清洁、安全高效能源，在燃气领域中分布范围较广、实现率较高，是新型能源中最为核心的资源。推广使用分布式能源的直接影响因素之一就是天然气的供给是否得到保障。现今天然气广泛使用，供气保障成为分布式能源普及和推广的基础。

3.4 加强节能产品的宣传、普及和推动

在资源紧张的时代，节能产品成为利国、利民的新兴能源综合利用品，分布式能源匹配系统结合节能产品配合使用，这仅仅是企业自身的宣传与推广远远不足以满足现实需求，还要通过社会各界的广泛宣传，加强节能产品与分布式能源匹配系统的普及力度，推动节能减排工作的实现。

4 结语

由于我国人口众多，能源资源稀缺的限制，能源问题越来越突出，成为长期制约我国经济和社会发展的障碍，节能减排始终是必须高度聚焦的重大问题。因此，制定正确的能源战术和政策，对保证我国的可持续发展，对构建和谐的生态社会有不可替代的作用。为了保证稳定、效益、干净和安全的能源供应，降低我国人均耗能水平，必须通过科学用能大量减少对能源的依赖。我国能源战术和政策的核心就是节能和科学用能，资源洁净技术、开发再生资是两个支柱。目前在科学用能中，要注意系统的统筹，也要关注关键科技技术。所以一方面，将科学用能与循环经济紧密结合使之在高耗能产业中应用，另外一方面，针对科技存在的共性难题要合理适当地解决，并且在实际运用中灵活利用。从实际出发，在高耗能行业中采取具有针对性的办法。分布式能源匹配系统将是节能减排应用的有效支持。

参考文献

[1]王成山，王守相.分布式发电供能系统若干问题研究[J].电力系统自动化，2008（20）：1-4.

[2]徐建中.科学用能与分布式能源系统[J].中国能源，2005，27（8）：10-13.

分布式能源系统 第4篇

推广分布式能源系统丹麦成各国效仿楷模

约翰麦凯恩和巴拉克奥巴马在对美国能源未来再度发表见解之前, 他们或许应该走访丹麦。后者实现了能源独立, 是其他国家只能梦想的事情。尽管2006年欧洲能源进口总量增长了2.4%, 但丹麦能源进口量同比下降了8%。美国能源部的现代化电网工程项目负责人Steve Pullins认为:“丹麦是美国应该效仿的楷模。”

丹麦是如何做到这一点的呢?是通过大力推广分布式能源系统。与传统的“集中式”能源系统不同, 分布式能源系统依靠在能源消费地区附近安装太阳能电池板或燃气轮机等小型发电设备来有效补充或取代集中供电系统。消费者不仅可以从电网上购电, 而且可以向电网销售电力。例如, 安装太阳能电源板的家庭可以将未消费的电力销售给电网, 从而增加供电总量。

在分布式能源系统中, 需求回馈、消费方调控和能源储存等其他相关技术预计将发挥同等重要的作用。分布式能源系统的主要功能是所谓的“智能测量”, 这项功能可以使电力实现双向传输。

减少能源损耗, 实现资源利用最大化

分布式能源系统的能源利用率远远高于多数国家依靠大型主要电站将电力从发电厂向终端用户单向传输的集中供电系统。发电厂最终只能将燃料能源燃烧产生的1/3热能转化成电能, 而近50%的热能流失, 传输环节损耗近10%的热能。

而且, 当前20%的发电装机容量只用于满足用电高峰期的需求。因此, 这些发电机组运行时间仅占全部机组运行时间的5%, 发电量仅占发电总量的1%。由于只依靠几条主要线路传输电力, 集中供电系统的供电线路拥堵问题日益凸显。电力供应过剩迫使公用事业单位依靠污染性更高和效率更低的能源发电来满足用电高峰期需求, 而不是简单地将剩余电力从需求量低的市场重新配送至需求量高的市场, 从而造成能源利用率更为低下。

在2005年, 分布式能源系统发电量约占丹麦全国发电总量的一半, 而碳排放量比上世纪90年代的水平减少了约一半。7月份, 丹麦政府宣布计划铺设全球最长的智能化电网基础设施, 这将可以使分布式能源系统在不久之后成为丹麦主要的供电渠道。

丹麦花费了近20年的时间来完成这种转变, 但最关键的举措是引入智能或网络测量系统。这要求公用事业单位从消费者手中回购电力, 回购电力价格为销售电价的85%。丹麦的成功已使越来越多的政策决策者和能源主管确信需要效仿丹麦模式。

消除电力企业盈利与消费之间关联性, 是成功关键之处

在美国, 分布式能源系统推广面临来自电力企业的阻力。分布式能源供应旨在消除电力企业盈利和电力消费之间的关联性, 从而激发电力企业投资研发高效节能技术来推动分布式能源系统建设的热情。改变这种关系甚至比技术创新更为重要。

清洁能源技术咨询公司Clean Edge的联合创始人Ron Pernick认为:“如果没有公用事业单位参与其中, 分布式能源系统推广将很难取得进展。监管机构需要制定一些政策, 促使公用事业单位投身分布式能源系统建设。而根本之处在于, 消除电力企业盈利同电力消费之间的关联性。”

同从事多数其他行业的企业一样, 电力企业有责任使股东们在一个合理的时间段获取合理的投资回报。分布式能源系统需要在一段漫长的时间内一步步搭建, 而且通常需要一段很长时间才能获取可观的投资回报。

在美国的许多地区, 监管机构都是依靠各种退税和激励政策来使电力企业在财务业绩不受影响的前提下去投资研发小功率发电技术。就自治州层面而言, 2005年颁布的《能源法》要求到2012年时, 所有自治州的建筑物必须配备双向测量和能源管理系统。但至少从目前情况来看, 结果差强人意。

企业、消费者纷纷参与, 分布式能源供应前景广阔

美国西部各州的电力企业已开始将提高能源利用率列为长期资源投资战略中的重要一环。在华盛顿州, 电力公司PG&E计划通过投资研发高效节能技术来增强分布式能源系统, 通过分布式能源系统来满足未来50%的能源需求。

其他电力企业正在推出雄心勃勃的计划来推动分布式能源系统建设。总部位于南加州的爱迪生电力公司计划在2013年完成在南加州地区建筑物顶安装250兆瓦太阳能电池板项目。

与此同时, 许多企业和消费者已经率先参与进来。在过去10年中, 大幅降低对集中能源系统依赖性的小型企业和消费者数量在以每年33%的速度递增。总部位于美国加州山景城的谷歌公司在其用电高峰期间, 利用安装在山景城园区内的1.6兆瓦太阳能电池板来满足30%的电力需求。我们有充分的理由预期其他硅谷企业将竞相效仿。

停电的代价非常昂贵, 尤其是对硅谷地区高科技企业而言。据硅谷地区Larry Owens电力公司估计, 一次停电事故将使Sun Microsystems公司每分钟损失100万美元。据惠普公司估计, 一次20分钟的停电事故将导致一家电路制造工厂损失3000万美元。

广州大学城分布式能源站介绍 第5篇

广州大学城分布式能源站位于广州市番禺区南村镇，与广州大学城一江之隔，占地面积11万㎡，是广州大学城配套建设项目，为广州大学城18平方公里区域提供冷、热、电三联供，也是全国最大的分布式能源站。中国华电集团新能源发展有限公司和广州大学城能源发展有限公司按55%和45%的比例共同出资成立广州大学城华电新能源有限公司，负责广州大学城分布式能源站项目的投资、建设及经营管理。能源站总体规划为4×78MW，分二期建设，一期2×78MW于2008年7月28日正式开工建设，2009年10月实现“双投”。广州大学城分布式能源站包括LNG燃气—蒸汽联合循环机组及配套设施、热水制备站、冷冻站等（热水制备站和冷冻站属大学城管理）。能源站以天然气为一次能源，通过燃气-蒸汽联合循环机组发电。广州大学城分布式能源站燃机采用普惠动力系统公司的FT8-3SwiftPac双联燃气轮发电机组，FT8-3属轻型燃机，由两台燃气轮机和一台发电机组成，两台燃气轮机通过联轴器直接连接一台双端驱动发电机（额定出力60MW）。通过叶轮式压气机从外部吸收空气，压缩后送入燃烧室，同时气体燃料也喷入燃烧室与高温压缩空气混合，在定压下进行燃烧，生成的高温高压烟气进入燃气轮机膨胀做功，推动动力叶片高速旋转带动发电机，燃机效率可达39%，排出的479℃烟气进入余热锅炉循环利用。余热锅炉采用中国船舶重工集团公司第七0三研究所生产的双压带自除氧卧式自然循环锅炉（66.8T/h），生产的蒸汽供应给汽轮发电机；汽轮机采用中国长江动力公司（集团）生产的一台抽凝式汽轮机（15MW）和一台补气式汽轮机（21MW）。发电后的尾部烟气余热再生产高温热媒水制备生活热水和空调冷冻水。

广州大学城分布式能源站以洁净的天然气为燃料，采用先进的燃气轮机发电设备，大大减少了NOX、SO2、TSP等污染物的排放，其中NOX排放是同容量常规燃煤电厂的1/5，SO2、TSP的排放几乎为零。同时锅炉补给水采用RO膜+EDI（电去离子）系统制水，无强酸性、强碱性废水产生，生产、生活产生的废水经过处理后用于厂区内清洗、浇灌等，实现废水零排放。广州大学城分布式能源站实现了能源的梯级利用，能源利用效率得到了很大提高，达到78%。使能源站具有了能源传送距离短、能量转换和传送损失小、能源利用率高、建设安装周期短、运行方式灵活、设备启停方便、负荷调节灵活、系统安全性和可靠性高的特点。

广州大学城分布式能源站实现了“安全、高效、节能、环保”的理念，被广州电网确定为“保亚运”供电具备黑启动能力的重要电源点。

浅谈分布式能源 第6篇

【摘 要】 分布式能源具有能效利用合理、损耗小、污染少、运行灵活，系统经济性好等特点。发展主要存在并网、供电质量、容量储备、燃料供应等问题。

【关键词】 分布式能源；冷热电联产

On the Distributed Energy

Tang Min,Zhang Qiao-ping

(Shaanxi reached China Power Engineering Co., Ltd Xi'an Shanxi 710032) 

【Abstract】 Distributed energy use with reasonable efficiency, low loss, less pollution, flexible operation, the system characteristics of a good economy. The existence and development of the major networks, power quality, capacity reserves, fuel supply and other issues.

【Key words】 Distributed energy;CCHP

1. 引言

所谓“分布式能源”（distributed energy sources）是指分布在用户端的能源综合利用系统。一次能源以气体燃料为主，可再生能源为辅，利用一切可以利用的资源；二次能源以分布在用户端的热电冷（植）联产为主，其他中央能源供应系统为辅，实现以直接满足用户多种需求的能源梯级利用，并通过中央能源供应系统提供支持和补充；在环境保护上，将部分污染分散化、资源化，争取实现适度排放的目标 ；在能源的输送和利用上分片布置，减少长距离输送能源的损失，有效的提高了能源利用的安全性和灵活性。

2. 简介

（1）分布式能源是一种建在用户端的能源供应方式，可独立运行，也可并网运行，是以资源、环境效益最大化确定方式和容量的系统，将用户多种能源需求，以及资源配置状况进行系统整合优化，采用需求应对式设计和模块化配置的新型能源系统，是相对于集中供能的分散式供能方式。

（2）国际分布式能源联盟WADE对分布式能源定义为：安装在用户端的高效冷/热电联供系统，系统能够在消费地点（或附近）发电，高效利用发电产生的废能——生产热和电；现场端可再生能源系统包括利用现场废气、废热以及多余压差来发电的能源循环利用系统。国内由于分布式能源正处于发展过程，对分布式能源认识存在不同的表述。具有代表性的主要有如下两种：第一种是指将冷/热电系统以小规模、小容量、模块化、分散式的方式直接安装在用户端，可独立地输出冷、热、电能的系统。能源包括太阳能利用、风能利用、燃料电池和燃气冷、热、电三联供等多种形式。第二种是指安装在用户端的能源系统，一次能源以气体燃料为主，可再生能源为辅。二次能源以分布在用户端的冷、热、电联产为主，其它能源供应系统为辅，将电力、热力、制冷与蓄能技术结合，以直接满足用户多种需求，实现能源梯级利用，并通过公用能源供应系统提供支持和补充，实现资源利用最大化。

3. 发展

（1）我国分布式能源起步较晚，主要集中在北京、上海、广州等大城市，安装地点为医院、宾馆、写字楼和大学城等，由于技术、标准、利益、法规等方面的问题，主要采用“不并网”或“并网不上网”的方式运行。

（2）据《中国分布式能源行业需求潜力与前景预测分析报告前瞻》数据显示，近年来，发达国家分布式能源发展迅猛。发达国家政府通过规划引领、技术支持、优惠政策以及建立合理的价格机制和统一的并网标准，有效地推动分布式能源的发展，分布式能源系统在整个能源系统中占比不断提高，其中欧盟分布式能源占比约达10%。

（3）我们认为，随着我国智能电网建设步伐加快，必将有效应对分布式能源频繁和不稳定的电压负荷，解决分布式能源并网技术难题。此外，我国已经有多家分布式能源专业化服务公司，大部分已建项目运行良好，天然气分布式能源在我国已具备大规模发展的条件。

4. 优势

（1）分布式能源具有能效利用合理、损耗小、污染少、运行灵活，系统经济性好等特点。发展主要存在并网、供电质量、容量储备、燃料供应等问题。

（2）分布式能源系统分布安置在需求侧的能源梯级利用，以及资源综合利用和可再生能源设施。通过在需求现场根据用户对能源的不同需求，实现温度对口供应能源，将输送环节的损耗降至最低，从而实现能源利用效能的最大化。

（3）分布式能源是以资源、环境效益最大化确定方式和容量的系统，根据终端能源利用效率最优化确定规模。

（4）分布式能源采用先进的能源转换技术，尽力减少污染物的排放，并使排放分散化，便于周边植被的吸收。同时，分布式能源利用其排放量小，排放密度低的优势，可以将主要排放物实现资源化再利用，例如：排放气体肥料化。

（5）分布式能源依赖于最先进的信息技术，采用智能化监控、网络化群控和远程遥控技术，实现现场无人值守。同时，也依赖于未来以能源服务公司为主体的能源社会化服务体系，实现运行管理的专业化，以保障各能源系统的安全可靠运行。

5. 前景

（1）分布式能源技术是未来世界能源技术的重要发展方向，它具有能源利用效率高，环境负面影响小，提高能源供应可靠性和经济效益好的特点。 

（2）分布式能源是最能体现节能、减排、安全、灵活等多重优点的能源发展方式，且“十二五”规划明确提出，促进分布式能源系统的推广应用。因此，国内优秀的分布式能源行业企业愈来愈重视对行业市场的研究，特别是对公司发展环境和需求趋势变化的深入研究。

（3）分布式能源技术是中国可持续发展的必须选择。中国人口众多，自身资源有限，按照目前的能源利用方式，依靠自己的能源是绝对不可能支撑13亿人的“全面小康”，使用国际能源不仅存在着能源安全的严重制约，而且也使世界的发展面临一系列新的问题和矛盾。中国必须立足于现有能源资源，全力提高资源利用效率，扩大资源的综合利用范围，而分布式能源无疑是解决问题的关键技术。

（4）分布式能源是缓解我国严重缺电局面、保证可持续发展战略实施的有效途径之一，发展潜力巨大。它是能源战略安全、电力安全以及我国天然气发展战略的需要，可缓解环境、电网调峰的压力，能够提高能源利用效率。

（5）2004年以来，美国和加拿大、英国、澳大利亚、丹麦和瑞典、意大利等国的相继发生的大停电事故，深刻说明传统能源供应形式存在着严重的技术缺陷，随着时代的发展，特别是信息社会的发展，已经不可能继续支撑人类文明的发展进程，必须加快信息时代的新型能源体系的建立，分布式能源是该体系的核心技术。

（6）在中国的应用

根据中国电力企业联合会编制的《2005年全国电力工业发电统计年报》到2005年底，中国燃煤的单机6000KW及以上供热机组6981万KW，按国际分布式能源联盟的说法，这些全算分布式能源。我们假设2006年全国供热机组增加1500万KW。根据《2010年热电联产发展规划及2020年远景发展目标》：到2010年时，全国热电联产机组总容量将达1.2亿千瓦，其中城市建筑物采暖集中供热热电厂约5600万千瓦，工业生产用热热电厂约6400万千瓦。预计到2010年全国发电装机容量将达8亿千瓦左右，届时热电联产将占全国发电总装机容量的15%。根据目前发展形势来看，原预计2010年热电将达1.2亿千瓦，可能偏小。因为2005年底热电已达6981万千瓦，2006年估计可增加1500万千瓦，以后按每年增加1000万千瓦考虑，到2010年底可能达1.25亿千瓦。

（7）目前国内以天然气为燃料的分布式能源情况如下：目前我国北京、上海、广州等地已有一批以油、气为燃料的分布式热、电、冷工程投入运行，取得明显的经济效益、环保效益和社会效益。

（8）与此同时，几经修改的“新兴能源产业发展规划”日前终于初定。2010年7月20日，国家能源局规划发展司司长江冰透露了这一消息：规划期（2011年－2020年）将累计直接增加投资高达5万亿元。规划对洁净煤、智能电网、分布式能源、车用新能源等技术的产业化应用提出了政策指导，这将直接推动国内分布式能源的投资热潮。

［文章编号］1619-2737（2014）06-26-360

含液体除湿技术的分布式能源系统 第7篇

随着哥本哈根会议的召开,节能减排成为世界性的热点问题,分布式能源系统因其较高的能源利用效率,较低的能源成本,良好的供能安全性和优越的环保性能而引起了学者们的关注[1,2,3,4,5,6]。分布式能源系统以能源综合梯级利用为设计指导原则,系统中含有大量中低品位余热,如何有效利用其中的中低品位余热成为系统成败的关键。我国的建筑能耗中暖通空调能耗约占40%～50%。在南方各省,由于空气湿度高,空调能耗中除湿能耗占有相当大的比重。由此可见,用于通风除湿的能耗相当大。传统的除湿方法把空气冷却到露点温度以下,除去空气中水分,再将冷却后的空气升温,这样就无端消耗了大量能量[7],因此,急需发展新型的除湿技术。液体除湿是一种节能的绿色除湿方式,可以利用低品位热能(如太阳能、地热能、发动机余热等)再生液体吸湿剂[8]。把液体除湿技术应用到分布式能源系统中,既能降低空调能耗,又能充分利用低温余热,将有着广阔的应用前景。

1 液体除湿原理

1.1 除湿过程

液体除湿是利用某些吸湿性溶液吸收空气中的水分而将空气脱湿。液体除湿过程是一个复杂的传热与传质过程,传质的推动力是空气中水蒸气的分压与溶液表面的饱和蒸汽压之差,这个压力差就是所谓的传递势。在除湿过程中,由于高浓度的盐溶液在常温下其水蒸气分压力ps低于空气中的水蒸气分压力pv,故可吸附空气中的水分。随着传质过程的进行,除湿溶液浓度下降,ps增大,而被处理空气的湿度下降,pv减小;若气液两相接触的时间足够长,则ps=pv,压力趋于零,传质过程结束[9]。

1.2 再生过程

除湿溶液的再生过程是利用湿空气中的水蒸气的分压力与除湿溶液表面水蒸气的分压力之差作为驱动力,使除湿溶液的水分向空气扩散,使得除湿溶液浓度提高,提高其吸湿的能力。溶液的浓度和加热热源的温度对除湿溶液的表面水蒸气的分压力起决定性影响,是影响再生性能的主要因素。只要保持溶液表面的水蒸气分压力高于空气的水蒸气分压力,再生过程才可以进行[10]。

1.3 除湿剂的选择

最早使用的液体除湿剂是三甘醇,但由于三甘醇黏度大,溶解性不好,在系统循环流动时会有部分滞留,在较低的温度下会出现结晶现象,其应用受到了限制。学者把除湿剂的研究转向了卤盐溶液,目前常用的液体除湿剂有氯化锂、氯化钙和溴化锂等卤盐溶液,氯化钙价格便宜,但常温下表面蒸汽压与空气水蒸气分压力相差不大,除湿效果不明显;在相同质量分数下,氯化锂溶液处理过的空气相对湿度和溶液表面的饱和水蒸气分压力都比溴化锂溶液处理过的要低,可见氯化锂溶液除湿性能较好。此外,氯化锂溶液质量分数一般在30%～40%,此时再生温度比溴化锂溶液低,这意味着能更有效的利用低温热源[11]。为了达到较好的除湿效果及性价比,氯化锂溶液作为分布式能源系统中的除湿剂最为合适。

2 分布式能源系统[12]

冷热电联供的分布式能源系统是集小型燃气轮机、内燃机、吸收式冷热水机、能源综合控制等高新技术和设备为一体的先进高环保型能源系统。分布式能源系统在科学用能和能的梯级利用原理指导下设计,能源利用效率可以达到70%～90%,与分产系统相比,节能率可以达到20%～40%,符合建设节约型社会的要求。

目前分布式能源系统的动力主要使用燃气轮机和内燃机。与燃气轮机相比,内燃机发电效率较高,功热比较大,部分负荷性能较好。因此,如果系统对电力需求较多或经常处于低负荷运行时,应优先考虑内燃机。内燃机的缸套水和排气温度较低,而无回热的燃气轮机的排气温度较高且流量较大,因此,如果用户对热量需求较大而且对热量要求较高时,无回热的燃气轮机有很大的优势。目前,内燃机在较小的容量的联产系统中占有一定的优势,因此,本分布式能源系统采用内燃机为动力,进行相关的实验研究。

3 低温余热驱动的液体除湿

分布式能源系统中,以内燃机驱动的系统含有丰富的中低温余热。内燃机的余热主要包括两部分:一部分是缸套水余热,它是为保证内燃机的正常工作温度,通过冷却系统冷却受热零件(如气缸盖、气缸、气门等)而产生的热量,缸套水温度较低,一般在80～120℃;另一部分是烟气余热,它是燃料进入气缸燃烧做功后通过废气排放的热量,烟气的温度在400～600℃[12]。东莞分布式能源系统研究中心建有内燃机驱动的分布式能源系统实验平台,本文以此示范实验平台为背景,介绍液体除湿技术在分布式能源系统中的应用。系统中燃料燃烧产生的高温用于驱动内燃机做功发电;内燃机排烟温度为525℃,可视实际需要开发多种应用技术,如用于驱动氨水吸收式制冷机工作或用预热锅炉产生蒸汽;内燃机循环缸套水水温度为85℃,可用于驱动液体除湿机运行或产生生活用热水(示意图如图1)。

3.1 液体除湿系统简介

液体除湿系统再生温度只需要60～80℃[13],内燃机缸套水的温度可以满足再生温度的要求。液体除湿系统利用缸套水余热驱动除湿,同时也设有辅助电加热器,可以利用电加热器进行实验。系统利用氯化锂作除湿剂,除湿装置工艺流程如图2所示。除湿系统主要包括三部分:除湿器、再生器和全热回收装置。

除湿系统的除湿能力由氯化锂溶液的温度和浓度决定,调节氯化锂溶液的浓度,可以控制被处理空气的相对湿度。在溶液泵的作用下,来自除湿液箱的氯化锂溶液经过热泵的冷却后进入除湿器,在除湿器中,被处理空气从下往上经过除湿器,氯化锂溶液由上而下与被处理空气接触并吸收其中的水分,经过除湿器后空气湿度降低,可以直接送到室内。吸收水分后的氯化锂溶液变稀,并进入除湿器下方的除湿液箱中。

再生器是液体除湿系统的重要部分,在再生液下泵的作用下,氯化锂溶液在再生加热器、喷淋装置和热湿交换器间不断循环完成再生浓缩过程。再生器箱体内设置有用于湿热交换的蜂窝状热湿交换器,对除湿液的液膜附着能力强,其热质交换效率高。再生器箱体内上部设置有氯化锂液体管路和特制的喷头,喷头使氯化锂均匀覆盖在蜂窝状热湿交换器上。氯化锂液转换成细小的液滴后,由于自身重力作用,在再生箱内由上往下运动,与风机作用下的再生用空气形成逆流,达到最佳湿热交换效果。为防止气流把氯化锂带出再生器,污染环境,在再生器箱体内的氯化锂液体管路和喷头上部,还设置了碰撞式阻雾器。

为了充分利用余热,除湿系统还设有全热回收装置,装置由板式换热器和耐腐蚀管道组成。用于除湿的氯化锂液,在一定范围内,温度越低,除湿效率越高;而用于再生的氯化锂液,温度越高,再生效率越高;若把这两种温度特性相反的氯化锂溶液直接混合,对系统的除湿和再生都造成负面影响,既浪费了能源,又降低了除湿和再生的效率。全热回收装置通过溶液泵,把除湿液箱内一部分浓度和温度较低的氯化锂溶液经换热器输送到再生液箱中,与此同时,再生液下泵又将一部分浓度和温度较高的氯化锂溶液经换热器输送到除湿液箱中。在换热器中,升高了浓溶液温度,降低了稀溶液的温度,这样既回收了溶液中的热量,又提高了除湿和再生的效率。

3.2 节能分析

以低温余热驱动的除湿技术代替空调制冷的除湿负荷,可以节省大量能量,特别适合在高温高湿的南方地区使用。液体除湿试验装置规模为空气处理量650 m3/h,与50 kW内燃机对接。内燃机的缸套水中携带了大量的低温热量,很适合作除湿热源。热源(缸套水)输出温度为85℃,回水温度为70℃,并且输出温度可在75℃至90℃范围内变动,相应地,回水温度可在60℃至75℃范围内变动。把缸套水余热用于液体除湿,可以将动力系统排放的“无用”热量转化为有效的除湿能力供给用户,从而有效的利用了能量。缸套水中的热量约占系统输入能量的30%,用于除湿时缸套水余热回收功率约为10 kW,这将大幅度提高系统的总能源利用率。在分布式能源系统中应用液体除湿技术,把本来排放到环境在的热量回收再利用,一方面减少了环境的热污染,保护了环境;另一方面能给空气除湿,在生产生活中应用广泛。把液体除湿技术应用到分布式能源系统中是一种科学的用能方法,适合在社会上广泛推广。

东莞地区工业园区星罗棋布,是国际主要的加工制造业基地。拥有自备电厂的工业园区或大型企业已有数百家,1 000 kW左右的自备发电机组超过1万台。这些工业园区或企业自备电厂普遍技术落后,能源利用效率只有30%左右。如果把这些发电机的缸套水余热都回收利用,按照缸套水中热量占系统输入能量的30%,发动机组1天运行8小时计算,这里就有超过8.64104 GJ的缸套水热量可供利用,这相当于一个1 000 MW电厂一天供应的电能。用这部分缸套水余热驱动液体除湿,每小时可以产生新风2105 m3。把缸套水的余热回收利用将大幅度提高能源利用效率,减少对环境的热污染,同时能为生产工艺过程提供低湿度环境,是具有节能性、经济性和环保性的重大举措。

4 结语

随着社会经济的发展,人们对环保提出了更高的要求。在全世界实施节能减排的背景下,人们必须寻求能源高效利用的办法。把液体除湿技术应用到分布式能源系统中,既能回收平时难以利用的低品位余热,减少对环境的热污染,又能提供低湿度空气,满足生产和生活要求,有着广阔的应用前景。液体除湿技术应用到分布式能源系统中既能保护环境,又能带来经济效益,值得在社会上推广。

分布式能源系统 第8篇

1 对常规冷和热能的供应设备进行设置以提高余热利用率

一般情况下, 能源站利用发电余热进行冷、热能供应, 但是除此之外, 还需要对常规冷、热能供应设备进行设置, 以此来补充高峰负荷。还有可以通过对蓄热、蓄冷设备进行设置以达到平衡冷、热负荷波动, 最终使得余热利用率得以提高。

1) 热电联产的热化系数。所谓的热化系数α即就是热电厂供热机组供热循环以小时计的额定供热量和以小时计的最大热负荷的比值。就一般情况而言, 当α<1即就说明热电厂是经济的。采用较为合理的热化系数, 可以使得用相对较少的资金来提高热电厂经济效益和供热能力。

2) 采用热化系数方法选择装机容量。现在对于天然气分布式冷热电三联供系统而言, 人们普遍采用热化系数方法来选择这一系统的装机容量, 这种方法也是提高全年综合利用率、降低投资和增加满负荷运行时间的非常有效的手段。通过相关的数据分析, 如果引入了调峰设备, 三联供装置发电效率和发电量提高了, 满负荷率也相应提高了。

2 天然气分布式能源系统全年综合利用率

1) 合格的天然气分布式能源项目式。国家相关政策明确规定, 合格的天然气分布式能源项目必须满足天然气分布式能源全年综合利用率达到70%这一条件, 而且只有在满足这一条件的基础上, 才可以享受国家相关的优惠扶持政策。

2) 天然气分布式能源全年综合利用率。所谓的天然气分布式能源全年综合利用率即是天然气分布式能源系统消耗的燃料能量和其生产冷热电这三种产品的总能量的比值, 有时候也会将这一利用率称为此分布式能源系统的燃料利用系数。

3) 热电联产的热电比和总热效率。a.热电比。起初, 人们定义热电联产的总热效率时, 只是把电厂生产的低级形式的能量和生产的高级形式的能量同等看待, 即就是把生产的电能和热能等同看待, 这种定义无法辨明生产时所消耗的燃料用于何处, 而仅仅是说明了所消耗燃料的有效利用程度, 这样就不能有效地反映这种联产系统性能的好坏。鉴于这种情况, 人们又提出了热电比这一名词, 它可以从本质上反映联产系统的性能。b.相关规定热电联产应符合的指标。对于热电比, 如果单机容量达到20万KW则在其采暖期热电比必须大于50%, 如果单机容量在5万到20万之间则就要求其热电比年平均必须大于50%, 而对于单机容量5万以下的热电机组, 其要求就非常高, 热电比年平均就必须达到100%。要求天然气分布式能源系统的总热效率年平均必须要大于45%。

4) 如果对天然气分布式能源系统进行优化配置, 则要求配置后的系统全年综合利用率必须高于70%。

5) 余热总供冷热量不应包含调峰或者补燃补燃或调峰产生的冷热量。天然气分布式能源全年能源综合利用率不应该包含辅助系统消耗的能量以及补充热、冷设备输出的能量, 在计算过程中, 为了能够简捷并且便于检测, 一般在代入输出能量中供冷部分时, 就会直接采用制冷量进行计算, 而在代入输入能量时, 就直接采用燃气低位发热量进行计算。在此基础上, 该系统的年净输出电量应该要除去发电机组内部自身所消耗的电能, 余热供热总量也该除去系统补充燃料所产生的热量, 对应的余热供冷总量就该出去补充燃料时所产生的冷量, 这些细节非常重要, 在系统设计生产过程中必须时刻注意。

3 最大化实现余热利用率温度对口、梯级利用是实现余热利用最大化的原则

实现余热利用最大化一般有两个基本原则:一是梯度利用;另一个是温度对口。人们一般为了能够较为有效地保障热电联供系统的经济性以及高效性, 都会想办法尽可能提高余热利用率。对于温度降至85℃的内燃机缸套水, 人们仍然可以利用吸收式冷温水机进行制冷, 而且对于温度只有65℃左右的缸套水, 人们可以利用其进行冬季供暖或者生活热水, 这些余热的回收利用可以大大的提高余热利用率。

1) 余热回收方式。余热回收方式选择不当就会直接影响所有热量的利用率, 在起初设计系统的时候, 就必须认识到这一点。余热回收方式的选择应该依据对应所回收的余热种类, 对于不同的余热种类选择适合的回收方式, 这样才能高效的提高余热的利用率。

2) 余热利用的优先顺序。一般情况下, 余热回收可利用的热源介质可分为两种, 一种是温水, 另一种是蒸汽, 余热通常会用于制冷系统, 而余热利用的优先顺序就非常值得研究。余热应用于生活热水和供热余热利用于供热和生活热水。通常情况下, 人们利用余热提供生活热水或者是用于日常供热, 并且这种方式可以实现全年不间断供应生活热水。如果热源采用温水时, 此时余热利用的优先顺序应该为:生活热水≥供暖>制冷;而当热源采用蒸汽时, 此时余热利用的优先顺序就应该为:制冷>生活热水≥供暖。

4 优化运行模式

1) 优化运行计算模型。可以通过建立数学模型, 采用最优化的数学思维, 对所设计的系统策略进行实时优化, 这种模型要比传统采用的“以电定热”或者是“以热定电”这些策略增加更高的经济收益, 可以最大程度的实现一定程度的节能。

2) 优化运行模式的应用。优化运行模式所采取的策略主要是基于燃气价与电价的比较, 在电价尖峰时期, 一般采用“余热热泵补燃”这种提供热负荷的优先顺序, 而在电价低谷时, 则可以采用热泵机组来承担所有的热负荷。

5 结语

综上所述, 我国的分布式能源系统设计过程中依然存在如此多的问题, 因此我们在设计过程中应该注重这些问题, 采用合适的方式解决遇到的难题, 使系统设计过程更加顺利。

参考文献

[1]关于发展天然气分布式能源的指导意见[Z].发改能源, 2011.

[2]CJJ7145-2010, 燃气冷热电三联供工程技术规程[S].2010.

分布式能源系统 第9篇

关键词：分布式能源系统,冷热电联供,技术经济分析,经济指标

分布式能源系统(Distributed Energy System) 是指分布在用户端附近的小型高效能源利用设备,它以冷热电联产技术为基础,与大电网、天然气管网组网运行。天然气分布式能源是以天然气为主要燃料, 驱动燃气轮机、内燃机发电机等燃气发电设备,在发电的同时采用余热锅炉(或余热直燃机)回收余热用来供冷供热。从实际运行来看,通过能源的梯级利用,天然气分布式能源的综合能源利用效率能够达到70%以上,与传统集中式供能相比,天然气分布式能源能够提高能源利用率,减少输配电损失、节约能源、 减少CO2和其他污染物的排放,具有高能效、高环保性、高安全性、高经济效益等优点,同时具有削峰填谷的能力[1]。

目前,欧盟分布式能源平均占电力市场的比例为10%,德国、荷兰和捷克已达到38%,丹麦则高达53%。欧洲燃料类型多样,但主要以天然气为主,且正在与可再生能源发展相融合。我国天然气分布式能源占发电总装机的比例不足1%,尚处于起步阶段,从技术和经济角度都需要加速研究和开发。[1]

通过吸收国内外分布式能源系统的先进经验,提出天然气与可再生能源高度融合的新型分布式能源系统,将风能、太阳能、地热能、生物能等各种可再生能源与天然气、工业余能等化石能源相结合,通过能源梯级利用技术、能效增益技术、储能技术和微网技术对燃气多联供、热泵、光伏光热、储能、余能回收等各种分布式能源技术进行高效集成,将多种能源转变成冷、热、电,并与终端用户的能源利用系统协同耦合在一起,形成“多能互补、清洁高效”的新型能源四环节系统,满足终端用户安全稳定、经济环保、保量高质的需求。

本文以天然气分布式能源领域的实际项目为研究对象,运用技术经济综合评价手段,分析天然气分布式能源系统的经济性及燃气价格等敏感性因素对项目经济运行的影响,旨在总结一套合理的针对新型分布式能源项目的技术经济评价方法,并通过实际项目进行论证。

1综合评价理论

技术经济综合评价,是指通过经济评价指标体系,对项目技术方案进行计算、分析,通过收入与成本费用的对比,确定项目的经济性和可行性,技术经济综合评价的基本原则是效果最大化。

1.1综合评价方法

该评价方法首先要求考察项目背景和当地法规政策,确定项目边界条件,收集项目数据;其次,按照项目要求计算项目收益和运营成本,其中天然气分布式能源系统的营业收入主要包括能源供应费收入、基本费收入和项目前期的配套费收入三大部分,运营成本主要包括原材料成本、人员费用、设备维护费用和其它费用。由于能源供应收入和原材料成本计算涉及到设备装机容量、工程建设进度、用户入住率、价格补贴等实际问题,配套费的收取方法需要与相关单位协商确认,设备维护费用计算需与设备的选型、开机运行策略有关,可见上述计算方法较为灵活,这里不再赘述。最后,根据基础财务知识制作的收入表、成本表、偿债表、折旧摊销表、流动资金表和现金流量表计算选定指标,并进行综合评价分析。

1.2经济指标

综合评价方法的经济效果指标包括:净现值、内部收益率、回收期指标、总投资收益率、投资利税率、 资本金利润率、盈亏平衡点等,能够较全面的反映项目的经济性。

2系统方案评价案例

2.1项目边界条件

天然气分布式能源项目适用于冷热电负荷大而集中,且燃气价格相对较低的地区,下文以某项目案例说明需要确认的边界条件及其它计算依据。

2.1.1能源供应模式及范围

该供能区域包含两个子区域:其中1#区域是住宅区域,由分布式能源系统负责集中供暖;2#区域为商业区域,由分布式能源系统负责集中供暖和集中供冷。项目供能时间根据当地实际情况确定冬季采暖141天,夏季制冷45天,为分布式能源站的运行时间。该项目以分布式发电和光伏发电优先满足分布式能源站的自身用电,多余电力向工商用户出售,不考虑向居民用户出售。

在该类项目中,各类型建筑的负荷特点为:住宅负荷主要随室外环境温度变化;商业负荷与室外气候条件与建筑内人的活动有关,冷热负荷主要集中在营业时间。对于电负荷,主要影响因素为建筑内人的活动,基本与外界气候无关,相对稳定。

2.1.2投资估算

该项目分两期投资建设,其中一期建设投资2 939.15万元,二期建设投资3 913.627万元,总计6 852.78万元。

2.1.3达产率假定

该项目根据实际工程的建设进度和当地的经济发展水平、入住率调查情况,假定了项目投产后达产率为:1~3年为60%,4~5年为70%,6~20年为80%。

2.1.4能源价格及配套费价格

能源价格确立参考当地物价水平,并同相关部门协商确定配套费价格。系统能源价格取值如表1。

我国各地经济发展程度不同,一般靠近天然气产区的地区气价相对低廉,但当地往往煤与水力资源也很丰富,因此电价相对较低;相反,中部及沿海等能源缺乏的地区需求量反而较大,主要依靠西部供电,天然气通过长途管网输送,因此天然气价和电价都较高。

根据系统能源价格取值表,该项目地处东部沿海,且经济较为发达,因此居民供暖价格略高于同等供暖期的其它供暖价格(约20元/m2~26元/m2), 而供冷价和燃气成本价格处于中上水平。由于天然气集中供热的初投资较高,再则近期天然气价格有很强的上涨趋势,造成项目有很大的负盈利风险。因此,项目可以根据《城市供热价格管理暂行办法》关于符合热价不足以补偿供热成本致使热力企业经营亏损或燃料到厂价格变化超过10%条件的,可以向政府价格主管部门提出制定或调整热价的书面建议的规定申请价格补贴。

2.1.5优惠政策

根据项目当地对天然气分布式能源及光电发展的相关优惠政策,案例项目享受居民供暖补贴10元/ ㎡;光伏发电补贴0.45元/kwh(按实际发电量补贴)。

2.1.6设计方案

主要设备配置:发电机、烟气热水溴冷机、锅炉、 电制冷冷水机组、地源热泵、蓄冰筒。

发电设计为1#区域设置燃气发电机2台;学校屋顶、二级泵站屋顶、及2#区域屋顶、大型建筑屋顶均安装光伏。发电供应两区域部分电负荷。燃气发电机一年186天满负荷运行,发电余热夏季为2#区域供冷,冬季为1#、2#区域供热。过度季多联供系统停止运行。

在2#区域设置地源热泵系统,该部分地源热泵186天满负荷运行,夏季为2#区域供冷,冬季为1#、2#区域供热。2#区域供冷不足时由电制冷机和蓄能系统补足,两个区域供热不足时由燃气热水锅炉补足,供能时应优先运行多联供系统和地源热泵系统。

该设计考虑到了大型公建的供能特点,满足运行的安全稳定原则。在以营利、节能减排为目的的分布式设备配置中往往要考虑以下几个因素:按基本冷、 热需求和电力需求选型,同时匹配最大热需求和最大电力需求,机组要随时调节以追踪冷、热负荷和电力负荷,必要时排出多余热量引进不足电力;追踪能源费率,能源价格低时系统停运;多数燃气机组低负荷下可以正常运行,但此时经济性较差,建议低负荷时段停运,根据实际负荷需求适当降低,但考虑到发电与余热回收效益,应尽量使机组满负荷运行;冬夏两季供能结构差别较大,机组选型应尽量满足需求并延长运行时间,因此可通过配置多台小容量机组进行协调,发挥联产系统的节能、经济、环保效益,但必须考虑初投资与安装空间等条件。

2.1.7经济测算参数

该项目运行费用包括:员工工资、维修费、其它费用等,并按照国家税法缴纳其它各种税费。

2.2收入、成本结构分析

此项目运营前期的主要收入为一次性配套费收入,在考虑金钱的时间价值的情况下,是否能按时获得配套费收入对项目投资回收影响很大。项目运营中后期的主要收入为供能收入,其中光电收入占比4.51%,分布式发电收入占比18.88%,供暖收入占比71.50%,供冷收入占比5.11%。经营成本中燃气成本占比75.08%,耗水成本占比0.59%,人工成本占比9.78%,修理费用占比11.38%,其它费用占比3.16%。由图2数据,案例项目中的供暖收入超过总收入的3/4;燃气成本则占成本费用的3/4。因此燃气价格的稳定及供暖单价的高低对项目经济性有极大影响。

2.3经济指标分析

根据现金流量计算得出各项经济指标,见表2, 该项目在政府补贴居民供暖收入的情况下,全部资金税前内部收益率12.75%,高于一般供热行业基准收益率,税后内部收益率7.24%,净现值-966万元,静态回收期11.35年,项目可行。

2.4敏感性分析

根据天然气分布式能源系统特点,选择燃气价格、泛能网售电价格、供热补贴和建设投资作为敏感性因素,估算它们对项目内部收益率及回收期的影响程度。

图3中,燃气价格0.1元的涨幅便可导致收益率下降1个百分点。燃气作为天然气分布式能源项目的主要原材料,燃气价格的变化对项目经济性影响极大,项目投资前需与有关方面确立合理的燃气采购价格。[2]

图4中,政府对居民供暖价格补贴的下降导致了项目收益率的迅速下降。居民供暖是主要的收入来源,运营方需在项目决策前与政府沟通具体补贴数目、时间并落实。

图5中,供电价格的变化对项目内部收益率同样有很大影响。因此,供电价格和供电方式的确立必须在投资前确认。

图6中显示的是总投资变化对项目经济性的影响效果,可见在项目决策前有必要做好相关的投资估算。

2.5经济风险分析

分布式能源工程因其自身特点,生产过程有别于其它商品,普遍有投入大、生产周期长、不确定性因素多的问题。此类项目风险主要来自市场的不确定性和投资、运营成本的变化。

2.5.1风险分析

1)物价因素造成的经营成本提高的风险分析。 近年来物价上涨相对较快,项目原材料尤其是作为项目运营主要燃料的天然气有很强的上涨趋势。因此项目存在一定的物价因素造成经营成本提高的风险。

2)集中供热运行负荷不足,实际供热量达不到预期水平的风险分析。据预测,本项目在政府承诺居民供热补贴10元/平米的情况下,全部投资税前内部收益率12.75%,高于行业基准收益率(补贴3.93元/ 平米时,与行业基准收益率持平)。在项目运营过程中,由于供热收入所占比重最大,因而供暖价格对项目收益水平影响最大。所以项目建成后,若实际供量达不到预期目标会造成项目运营风险较大。造成运行负荷不足的原因主要有两种:一种是该地区入住率达不到预期,一种是用户对取暖方式的选择。从项目当地现状来看,居民用户通常愿意采用集中供暖,因此对集中供热运行负荷影响的最主要来源是入住率。[3]

3)发电上网、并网问题。发电上网与并网尚未有相关政策出台。发电上网、并网是对分布式能源和电网的互补,能够提高区域供电的安全性。在分布式能源项目的规划与设计上要以负荷的自我平衡为基本的原则,但同时分布式能源又不能以向电网供电为目的,这样就会失去分布式能源的意义。[4]

2.5.2解决方案

针对上述风险情况,可采用以下方法降低风险, 提高收益,保证项目的正常运营:

1)加强运营管理,建立能源收费与价格联动机制,以保证项目经济性。

2)加强设施维护,降低热损失和事故风险。

3)投资公司与管委会等有关方面积极沟通,采取入住率保障措施,就能源费收取的运营环节达成一致,从而降低运行负荷不足造成的风险。

4)政府补贴与优惠政策。若集中供热价格过高, 居民无力承担,可与政府沟通实行低保户由政府支付,一般居民自行支付加政府补贴的措施。此外,可以申请“三免三减半”等所得税减免政策。

5)集中供热设施分期实施。采取集中供热设施分期建设措施,以灵活应对集中供热面积随入住率等造成的变化。

6)模块化分布式供能系统可以在确保满负荷运行的前提下,适应用户的负荷需求,提高系统全年的一次能源利用率。[3]

3结论

分布式能源系统 第10篇

数据中心是企业对价值信息进行收集、存储、处理有机组合。数据中心电能巨大, 对供能可靠性要求高, 同时冷负荷需求大, 数据中心这些特点适合配套建设天然气分布式能源站。本文详细介绍了上海某数据中心建设天然气分布式能源系统的必要性及经济性。

2 数据中心负荷需求

上海某数据中心建筑面积10500m2, 其中主机房7000m2, 辅助区大约3500m2。

2.1 电负荷

数据中心电负荷需求主要包括:制冷系统主机房设备耗电、冷却塔水泵耗电、风机耗电、辅助设备耗电、建筑照明等常规设备耗电。根据数据中心提供资材料及参考国内类似已建数据中心相关负荷统计信息, 数据中心电负荷大约10000kW (扣除制冷负荷) [1]。

2.2 冷负荷

数据中心机房电子信息设备等工艺设备散热量很大且散热集中, 空调负荷主要为机房设备散出的显热, 即使在冬季也由于机房向室外散热量小于设备发热量而仍需供冷, 因而冷负荷随季节变化波动不大, 全年均需供冷[2]。数据中心冷负荷需求主要包括:机房主要工艺设备散热形成的冷负荷、新风引起的冷负荷、围护结构形成的冷负荷、照明散热和人体散热形成的冷负荷。根据数据中心资料分析、《电子信息机房设计规范》中负荷设计方法、参考国内类似已建数据中心相关负荷统计信息, 数据中心夏季冷负荷需求为8400kW, 冬季冷负荷需求为7700kW[2]。

2.3 热负荷

数据中心服务的供热范围包括辅助区和公摊区, 由于辅助区及公摊区大部分房间属于内区, 故夏季数据中心整体建筑对热负荷的需求很少, 根据项目提资材料分析及参考国内类似已建数据中心相关负荷资料, 数据中心冬季热负荷需求为120kW。数据中心负荷需求见表1。

kW

3 建设方案

分布式能源是以“效益规模”为法则的第二代能源系统, 它是“规模效益”为法则的第一代能源系统的发展与补充, 特别是以天然气为燃料的能源利用系统, 实行热电冷联产, 可以大幅度提高能源转换效率和减少能源输送损失[3]。天然气分布式能源是以燃机或者内燃机作为原动机, 设备 (余热锅炉或者溴化锂机组) 利用烟气余热向用户提供冷负荷与热负荷。

3.1 方案1

2台由A公司生产的单机容量为5.75MW内燃机配2台单机制冷量为4.87MW的烟气热水型溴化锂热组 (其中2台机组为补燃型) , 方案1装机示意图见图1。方案1系统性能参数分析见表2。方案1经济性分析见表3。

3.2 装机方案2

3台的单机容量为3.3MW内燃机配3台单机制冷量为3.3MW的烟气热水型溴化锂热组 (其中2台机组为补燃型) 。方案2装机示意图见图2。

数据中心分布式能源站系统性能参数分析见表4。方案二经济性分析见表5。

4 方案对比分析

4.1 技术方案比较

方案1采用2台由A公司生产的单机容量为5.75MW内燃机配2台单机制冷量为4.87MW的烟气热水型溴化锂热组 (其中2台机组为补燃型) , 整套系统发电气耗为0.152m3/kWh, 供冷气耗为28.06m3/GJ。

方案2采用3台由B生产的单机容量为3.349MW内燃机配3台单机制冷量为3.3MW的烟气热水型溴化锂热组 (其中2台机组为补燃型) , 整套系统发电气耗为0.161m3/kWh, 供冷气耗为25.7m3/GJ。

方案2整个系统采用3台机组, 对于数据中心处于不同阶段、不同时间段不同负荷时具有更加灵活的调节方式, 同时供冷气耗比方案1低, 对于冷负荷需求大的数据中心来说, 方案2更加适合。

4.2 经济性比较

从以上技术经济分析表格可以看出方案2的初投资比方案1小, 机组单位造价比方案1机组单位kW造价低 (总投资同时考虑上海市关于冷热电联供工程的补贴政策) ;方案2项目资本金财务内部收益率比方案1高, 投资回收期比方案1短, 综合技经分析方案2优于方案1。

4.3 效益分析

在数据中心建设冷热电联供系统有利于解决数据中心的能源供应紧张等问题, 保证数据中心供能安全, 降低用户用能成本, 数据中心冷热电联供能源站节能减排效益分析见表6。

天然气分布式能源站向数据中心供电电价比电网电价低0.2元/kW·h, 仅此一项, 数据中心年运行成本降低约1000万元。

5 结语

数据中心是高科技、高耗能单位, 不断增长的能耗问题制约着数据中心在经济发达地区的发展。天然气分布式能源系统具有清洁、高效特点, 系统提供电能的同时还向用户提供冷 (热) 能。上海某数据中心采用天然气分布式能源供能, 减少企业建设成本 (备用电源) , 降低企业运营成本。项目将设为上海乃至全国数据中心采用先进供能模式提供示范作用。

摘要：对上海某数据中心运行的能源需求进行了预测, 根据预测结果, 制定了天然气分布式能源站装机方案。

关键词：数据中心,分布式能源,经济效益,环境效益

参考文献

[1]谷立静, 周伏秋, 孟辉.我国数据中心能耗及能效水平研究[J].中国能源, 2010 (11) :42~45.

[2]黄森.数据中心空调系统节能研究[D].上海:同济大学, 2011.

浅析分布式能源发展现状及思路 第11篇

摘 要 分布式能源目前已成为全球能源产业的重要发展方向，也是我国实现“十二五”期间单位GDP能耗降低16%目标的有效技术途径。本文在总结分析我国分布式能源发展形势和趋势的基础上，针对存在问题系统提出了加快发展的意见和建议。

关键词 分布式能源 发展 现状 思路

一、分布式能源概念和优势

分布式能源系统是指在靠近用户端独立生产、输出电能和热（冷）能的系统，是分布安置在需求侧的能源梯级利用、资源综合利用和可再生能源设施。该系统既能发电，又能利用发电余热制冷、供暖或供应热水。特点是小规模、小容量、模块化和分散式，可将燃料同时转换成电力、热水、蒸汽以及冷气，其使用的一般是天然气、沼气、煤层气、高炉煤气等清洁能源和可再生能源，不需要大电网对电力的长途输送，从而减少了输配损耗，实现了能源利用效能的最大化，并且具有强大的调峰功能。

二、分布式能源发展现状

上世纪80年代前后开始，国际上就提出了总能系统与冷热电联供为主要特征的分布式供能系统雏形概念。近30年来，由于分布式供能技术的优势，逐步得到世界各国的广泛重视和应用。美国2010年分布式能源装机容量约9200万千瓦，占全国发电量14%；2020年前规划新增9500万千瓦装机，约占全国发电总装机容量29%。日本是世界上最先大力发展分布式供能技术的国家之一，目前分布式能源以热电联产和太阳能光伏发电为主，2010年装机容量约3600万千瓦，约占全国发电总装机容量14％。欧洲许多国家也纷纷制定能源政策和规划，优先发展分布式供能等高效节能技术，目前以太阳能光伏、风能和热电联产为主。

虽然我国在分布式供能技术方面起步较晚，但其显著的节能减排潜力已引起广泛关注，在我国建筑、工业应用领域拥有巨大市场潜力。我国2010年热电联产机组约占全国发电总装机容量的15%，北京、上海和广州等地区已有一批以油、气为燃料的分布式冷热电联供示范项目投入运行，取得明显的经济效益、环保效益和社会效益。2011年，国家发展改革委等四部委印发了《关于发展天然气分布式能源的指导意见》（发改能源[2011]2196号）,明确要求到2020年在全国规模以上城市推广使用分布式能源系统，装机规模达到5000万千瓦，初步实现分布式能源装备产业化。

三、分布式能源发展中存在问题

（一）在技术层面，分布式能源在电网连接、电网安全、供电质量、能量储备等方面存在不少问题，加快智能电网发展势在必行。智能电网的核心就在于构建具备智能判断与自适应调节能力的分布式管理的智能化网络系统，并结合强大高效的储能技术，从而为各种分布式能源提供自由接入的动态平台。

（二）在市场和经济层面，我国分布式能源还处于起步阶段，尚未形成经济规模，技术装备有待进一步降低研发和生产成本，短期内还离不开政府支持和政策倾斜。地方政府对分布式能源的扶持力度不同，电价、气价、供热价格由政府调控，项目盈利存在不确定性。天然气市场供不应求、电力上网难等都是发展中面临的现实问题。

（三）在体制层面，发电侧由几家大的发电集团所主导，而电网更是被两家规模巨大的电网公司所强力垄断。出于行业利益，这些垄断性集团也许并不热衷于分布式能源的发展，甚至可能借用技术、规范、标准等理由提高行业门槛，从而客观上阻碍了分布式能源发展。

（四）在政策和法规层面，对分布式能源的原则性鼓励规定分散于《节约能源法》和《可再生能源法》等法规中，并不系统集中，更主要的是缺乏可操作性的实施细则、技术标准和配套政策。同时，过高的行业准入、严格的项目审批都会对投资者积极性带来负面影响。

四、下步发展建议

（一）在战略规划方面，分布式能源可以分为可再生能源和非可再生能源两大类，在发展重点、技术特性、用户范围等方面都有很大不同。可将分布式可再生能源纳入国家可再生能源规划，并对城市和边远地区的屋顶光伏发电、地热能、垃圾沼气发电等进行重点规划。非可再生能源的分布式能源种类较多，可将天然气分布式能源作为发展重点，纳入国家新能源相关发展规划并进行专项研究。

（二）在立项管理方面，根据运行状态，可分为独立运行、并网不上网、并网且上网三种情况；根据分布式能源是否享受相关优惠政策，可以分为享受和不享受两种情况。是否进行立项管理、立项管理审查重点应根据不同情况区别对待。总体原则是制定科学、合理、操作性强的立项管理办法，对项目行政许可程序进行优化，减少项目立项成本。

（三）在并网管理方面，按照功率交换方式，可分为并网不上网、并网且上网两种。分布式能源虽然种类众多，使用的技术种类多，但是为了保证电网的安全运行，需要遵循输配电网的运行标准，因此需要由政府组织，电网企业会同制造厂商、科研机构等共同制定统一的并网国家标准。

（四）在电价机制方面，分布式能源具有双重属性，作为电力用户需要电网提供备用和电力补充供应，向电网企业支付备用费和购电费；作为发电企业，在并网运行时需要承担相应的接网费用，同时多余电力需要向电网企业进行出售。因此电价机制包括购电价格机制、余电上网价格机制和接网价格。

（五）在扶持政策方面，分布式能源社会效益明显，但投资吸引力相对较弱，需要政府制定优惠政策予以扶持，鼓励清洁环保的分布式能源优先发展，针对化石燃料类的分布式能源设立能效标准，倡导使用先进能源利用技术，对投资和运行环节给予税费减免和财政补贴，支持国产设备研发推广。

（六）在运营模式方面，可以采用业主自行运行维护，或者聘请专业机构如能源服务公司负责运行维护的模式。对于天然气分布式能源，特别是热电联产和三联供系统，由于涉及多个专业领域，可以聘请专业机构或采用合同能源管理模式。

参考文献：

[1]国家发展改革委.关于发展天然气分布式能源的指导意见.2011.

[2]中国华电集团公司.分布式能源技术研究及应用.2010.

[3]何海婷.国外分布式能源发展状况.2012.

[4]范明天.分布式能源及电能有效利用.2010.

[5]河源.分布式能源系统的分析及优化.2007.

分布式能源系统 第12篇

随着分布式能源(Distributed Energy Resources,DER)产业化和规模化应用迅猛发展,DER系统设备与电网之间的并网操作对其通信技术提出了较高的要求[1]。

目前,分布式电网可选的通信方式主要分为有线通信和无线通信。有线通信主要包括:以太网、电力线通信、无源光网络[2];无线方式主要有:3G/4G、Wi MAX以及TD-LTE等[3,4]。文献[5]对DER并网通信可采用的通信方式建立了统一的评价指标,并采用层次分析法建立了DER并网监控通信的评价模型,为DER并网通信的技术选型提供了重要的依据。其中,以太无源光网络(Ethernet Passive Optical Network,EPON)技术具有高可靠性、高带宽以及高传输效率等优势,充分满足了DER的通信需求,在DER并网通信领域具有明显的综合优势和良好的适用性[5]。

而在电力通信的标准协议方面,IEC61850系列规约标准根据电力系统运行的特点,较为全面地制定了各种实时和非实时业务的信息通信模型,通过对通信服务接口的抽象化建立了面向对象的电力通信服务映射模型,以实现电力信息业务与通信技术之间的高度匹配[6]。IEC61850系列标准所提出的通信架构有良好的兼容性和可扩展性,得益于通信接口和控制接口的标准化和开放性,IEC61850标准规约在应用性和适用性方面有极大的技术优势[7,8],随着电力通信技术的迅猛发展,IEC61850标准体系日益完善。

针对分布式能源系统业务应用,IEC61850-7-420标准主要制定了面向DER的信息通信模型,覆盖了光伏发电系统、风力发电系统以及燃料电池等诸多类型的DER[9];定义了各种类型的DER所对应的逻辑节点(Logic Node,LN),同时规范了不同类型DER之间能量转换、发电以及电力电子变换等方面的信息业务模型及通信规约[10];该标准对DER信息业务及其通信的设计和实现起到重要指导作用。

然而,现有的IEC61850-7-420规约并未构建通信网络设备的配置、管理信息模型。尽管通信设备及网络是实现DER的重要支撑,但是IEC61850体系却尚未将DER的通信设备信息模型纳入其中,没有实现DER业务与其通信系统的一体化,导致基于IEC61850-7-420的DER监控和管理不够全面。这不仅造成了DER中业务系统与通信系统管理的分离,而且在实际工程运维中增加了业务部门与通信部门之间的沟通成本,不利于DER的日常维护与故障定位诊断。这些问题给分布式能源接入及并网操作中的通信网络管理和维护带来极大的不便。因此,将分布式能源的通信设备和系统纳入IEC61850标准体系中,研究其在IEC 61850标准下的信息模型建立与实现十分紧迫。

对此,本文旨在对分布式能源中的EPON通信系统按照IEC61850协议进行统一建模,将EPON设备纳入并网监控体制中,加强分布式能源与公共电网的无缝连接和互操作,实现电力流、业务流与信息流的高度融合与互动。

1 DER并网通信EPON系统

1.1 基于IEC61850-7-420的DER并网通信业务

目前,IEC61850-7-420标准已经为分布式能源业务制定了较为完善的通信规约,通过定义分布式能源系统中的逻辑设备和逻辑节点,实现了分布式能源系统中所有设备的对象化和模型化[9,10]。

DER的并网通信是DER系统的重要组成部分,为DER业务提供了必不可少的基础和支撑。基于IEC61850-7-420的DER与公共电网并网通信交互的信息主要包含监测业务、控制业务和告警业务3个方面。其中,监测业务的主要作用是检测发电质量是否符合并网要求,以保障电能质量的稳定性;控制业务为实时操作指令,主要执行开启/停止DER和开关断路器等控制动作,以保障电网的安全稳定运行。根据IEC61850-7-420规约,监测业务包括实时监测业务和历史数据记录业务。DER并网的通信与控制应当归类为“三遥点”加以重视。根据国家电网的相关标准要求,监测业务的可靠性必须达到98%以上,控制业务的可靠性必须达到99.9%,而综合误差应控制在1.5%之内;在实时性方面,监测信号至通信主站的时延为5~15 s,控制消息上传至主站的时延必须小于5 s[11,12]。

1.2 DER的EPON通信系统

在DER并网通信中,不同类型DER业务交互的信息内容有所不同,但是并网信息和数据的传输方式具有高度的一致性。在分布式能源并网通信系统中,EOPN主要承担DER与公共电网之间并网业务信息和控制指令的实时、可靠和安全传输。DER并网通信中EPON系统架构如图1所示。

EPON系统由局侧的光线路终端(Optical Line Terminal,OLT)和用户侧的光网络单元(Optical Network Unit,ONU)组成,OLT到ONU下行方向采用广播方式,OLT发送的数据通过ODN到达各个ONU。ONU到OLT上行方向采用TDMA多址接入方式,ONU发送的数据会依次汇聚到OLT设备上,再由OLT通过三层交换机接入光纤专网上联到主站平台。

在DER并网通信过程中,DER并网业务信息通过智能电子设备(Intelligent Electronic Device,IED)经ONU汇聚至OLT,通过光纤专网由网关检查安全性后上传到主站。主站进行信息交互、并下达对EPON通信设备的控制命令。

2 EPON系统信息建模

信息建模根据IEC61850-7-420协议标准,将EPON系统中各个OLT设备和ONU设备转化成为IED,并将IED的功能分解并转化成为可视化和可访问的逻辑节点,从而完成EPON系统设备信息模型的建立。

2.1 建模规则

IEC61850-7-420系列标准采用面向对象的思想建立信息通信规约,通过对象继承的方式设计多个层次的类,IEC61850-7-420为系统建立了一个统一的信息分层抽象数据对象模型[13,14,15]。因此,依据IEC61850-7-420标准,对EPON系统中的OLT和ONU作为IED设备进行信息建模可以按照如下规则。

1)由于IEC61850中尚未定义适用于通信设备及其各项功能的逻辑节点类,需要对EPON系统中的设备定义与其功能相对应的功能逻辑节点类,同时建立数据对象、数据属性及使用方式。因此,新建逻辑节点的命名首字母以“Z”开头,视为其他电力系统设备。

2)每个物理设备都当作一个独立的IED对象进行建模。IED对象中应包含服务器对象,而服务器对象至少应包含一个逻辑设备(Logical Device,LD)对象。每个LD对象中至少包含3个LN对象:即LLN0、LPHD及其他应用逻辑节点。

3)逻辑节点(LN)是IED中应用功能分解后的最小单元,多个LN才能合并成一个完整的逻辑设备。

4)将数据对象(Data Object,DO)和数据属性(Data Attribute,DA)等内容填充到逻辑节点和逻辑设备的信息模型中,从而完成信息模型属性的逻辑节点化。

逻辑节点零(LLN0)作为逻辑设备的公用数据信息,具有唯一性。公共逻辑节点0类信息模型见表1所列。

表1所示的ONU和OLT的LLN0类主要是与OLT与ONU具体功能无关的系统配置和系统状态特定信息。结合上述建模规则,通过继承LLN0便可以对OLT设备和ONU设备进行信息建模。

2.2 OLT信息建模

根据2.1所述的建模规则,建立新的OLT逻辑节点,其OLT配置管理、设备信息查询和告警管理可分别建立相应的逻辑节点类(见表2)。

通过这种面向对象的方法进行类继承,便可实现OLT设备配置管理ZSPM类和OLT设备信息查询ZSTS类的信息建模(见表3、表4)。

根据国家电网的标准要求,告警消息的建模通过扩展GGIO类的方式实现。OLT告警消息ZSAM信息模型见表5所列。

2.3 ONU信息建模

新建ONU逻辑节点,其端口配置、流量统计和告警管理为指定逻辑节点类均与表2的OLT逻辑节点列表相同。

参照建模规则和OLT的信息建模方法,可以实现ONU配置管理ZSPM类和信息查询ZSTS类的信息建模(见表6、表7)。此外ONU的告警管理信息模型也与OLT相似。

3 设计实现

针对分布式能源并网通信中EPON设备应用需求,本文采用软件方式实现基于IEC61850-7-420的EPON设备信息模型的映射以及业务交互。由于EPON系统中OLT与ONU为主从模式,故OLT和ONU的IEC61850-7-420建模实现都在OLT设备完成,但ONU的建模仍然需要通过OLT与ONU的交互获取所需的ONU信息。

OLT软件主要包括:IEC61850业务提取模块、OLT模型业务处理模块、ONU模型业务处理模块、IEC61850业务映射模块等4部分。各模块的功能描述如下。

1)IEC61850业务提取模块:从OLT的数据缓存区中提取主站下达的IEC61850指令,并判断该指令为OLT模型业务或是ONU模型业务,分别传递给相应的处理模块。

2)OLT模型业务处理模块:负责基于IEC61850的OTL设备建模与业务的实现。

3)ONU模型业务处理模块:负责基于IEC61850的ONU设备建模与业务的实现。

4)IEC61850业务映射模块:将OLT或ONU的建模与业务处理模块生成的IEC61850信息模型通过相应语法实现IEC61850信息到MMS报文的映射。

3.1 OLT模型的业务实现

OLT模型业务流程如图2所示。

通常EPON中OLT设备的网络管理通过简单网络管理协议(Simple Network Management Protocol,SNMP)代理访问管理信息库(Management Information Base,MIB)实现,它包括一些标准库和私有库。通过提取MIB库中相对应的对象信息,并将对象信息转化为逻辑节点类的属性和数据值,实现OLT设备信息到ZSPM类和ZSTS类的映射。

3.2 ONU模型的业务实现

ONU模型业务流程如图3所示。

EPON系统中,ONU通过OAM协议实现OLT对ONU的网管功能。通过将OAM交互,OLT将OAM帧中的对象类型映射到逻辑节点类的数据对象,实现从ONU上报的OAM信息的映射。

4 测试验证

为了验证基于IEC61850-7-420的EPON设备的信息模型与业务功能的正确性,本文开发了符合IEC61850-7-420标准的OLT设备和ONU设备;并构建了DER测试平台:光伏发电系统额定容量为20k Wp,储能功率控制器额定容量为50 k VA。各DER均配备本文所设计的OLT设备和ONU设备,并经EPON网络与主站平台进行业务交互,以图形化的人机交互界面显示(见图4)。

经过测试,本文所设计的系统不仅支持对DER并网业务的监控,而且将EPON系统纳入业务系统中,实现了业务系统与通信系统的统一监控,极大地增强了DER并网业务系统的监控能力。

5 结语